等离子体抑制燃烧振荡的特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnfengzhong
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在燃气轮机、冲压发动机、焚烧锅炉内部运行的过程中,时常会出现燃烧振荡现象,这极大的降低了燃烧室的安全性及寿命。在现有的对燃烧振荡控制手段均存在一定程度缺陷的背景下,气体放电等离子体作为一种作动迅速、能量消耗低、污染小的物质,为燃烧振荡提供了以一种新型控制方式。因此,本课题选择从分析等离子体影响燃烧振荡的机理,探究单频交流放电、双频组合放电对燃烧振荡现象的影响规律和等离子体抑制燃烧振荡的闭环控制回路的仿真四个方面进行研究:首先,研究了等离子体与燃烧振荡的相互作用。设计了等离子体抑制燃烧振荡的圆筒型机理试验台,根据此试验台初步探索了等离子体的加入对燃烧振荡现象的影响。在此基础上,进一步地通过软件Ansys/Fluent软件模拟计算的方式验证了等离子体影响燃烧振荡的方式。其次,探究了振荡火焰根部/侧壁放电抑制燃烧振荡的特性。测试了单频交流放电在不同电极间条件下的放电效果,掌握了电极间条件发生变化时单频交流放电的变化规律。在此基础上,开展了振荡火焰根部不稳定/稳定放电和振荡火焰侧壁面放电对燃烧振荡现象的特性试验,掌握了不同放电类型对振荡燃烧的影响规律,并提出了振荡火焰根部/侧壁面调控、抑制燃烧振荡的机制。再次,探究、对比了单/双频放电抑制燃烧振荡的特性。针对单频交流激励放电频率与火焰振荡频率相差过高,可能导致对燃烧振荡的控制无法发挥全部效用的问题,设计了一种在单频交流稳定放电与振荡火焰建立了“弱联系”的基础上,额外叠加一个与振荡火焰频率相近的脉冲激励信号,以双频组合放电的形式实现同步调控振荡火焰的方法。基于此开展了双频组合放电的放电特性探究与抑制燃烧振荡的特性试验,获得了不同放电激励参数下对燃烧振荡的调控、抑制规律。最后,对利用等离子体调控燃烧振荡的闭环控制回路进行了仿真。通过对单频交流放电等离子体与燃烧室压力参数之间进行系统辨识操作,获得了二者之间的数学描述模型。并在此数学模型的基础上,利用软件Matlab/Simulink构建了放电等离子体调控燃烧振荡的闭环控制回路,初步测试了此闭环控制回路的控制效果。
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